EP1380633B1 - Use of oily liquids to improve the oxidation stability of fuel oils - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Öle mit verbesserter Oxidationsstabilität enthaltend Fettsäureester und Alkylphenolharze,The present invention relates to oils having improved oxidation stability containing fatty acid esters and alkylphenol resins,
Im Zuge abnehmender Welterdölreserven und der Diskussion um die Umwelt beeinträchtigenden Konsequenzen des Verbrauchs fossiler und mineralischer Brennstoffe steigt das Interesse an alternativen, auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Energiequellen. Dazu gehören insbesondere native Öle und Fette pflanzlichen oder tierischen Ursprungs. Dies sind in der Regel Triglyceride von Fettsäuren mit 10 bis 24 C-Atomen, die einen den herkömmlichen Brennstoffen vergleichbaren Heizwert haben, aber gleichzeitig als biologisch abbaubar und umweltverträglich eingestuft werden.With decreasing world oil reserves and the environmental impact of fossil and mineral fuel consumption, there is a growing interest in alternative energy sources based on renewable raw materials. These include, in particular, natural oils and fats of plant or animal origin. These are usually triglycerides of fatty acids with 10 to 24 carbon atoms, which have a comparable calorific value to conventional fuels, but are also classified as biodegradable and environmentally friendly.
Aus tierischem oder pflanzlichem Material erhaltene Öle sind hauptsächlich Stoffinrechselprodukte, die Triglyceride von Monocarbonsäuren umfassen, z. B. Säuren mit 10 bis 25 Kohlenstoffatomen, und der Formel
Im allgemeinen enthalten solche Öle Glyceride von einer Reihe von Säuren, deren Anzahl und Sorte mit der Quelle des Öls variiert, und sie können zusätzlichIn general, such oils contain glycerides of a number of acids, the number and variety of which varies with the source of the oil, and they may additionally
Phosphoglyceride enthalten. Solche Öle können nach im Stand der Technik bekannten Verfahren erhalten werden.Contain phosphoglycerides. Such oils can be obtained by methods known in the art.
Auf Grund der teilweise unbefriedigenden physikalischen Eigenschaften der Triglyceride ist die Technik dazu übergegangen, die natürlich vorkommenden Triglyceride in Fettsäureester niederer Alkohole wie Methanol oder Ethanol zu überführen.Due to the sometimes unsatisfactory physical properties of the triglycerides, the art has shifted to converting the naturally occurring triglycerides into fatty acid esters of lower alcohols such as methanol or ethanol.
Neben dem direkten Einsatz als Brennstoff werden Fettsäurealkylester auch als Additive zum Beispiel für Mineralöle und Mineralöldestillate eingesetzt. Insbesondere Brennstofföle mit einem auf weniger als 500 ppm abgesenkten Schwefelgehalt besitzen derart schlechte reibungs- und verschleißmindernde Eigenschaften, daß ihnen sogenannte Lubricity-Additive zugesetzt werden müssen. Diese basieren unter anderem auf Estern ungesättigter Fettsäuren mit niederen Alkoholen (Biodiesel).In addition to their direct use as fuel, fatty acid alkyl esters are also used as additives for, for example, mineral oils and mineral oil distillates. In particular, fuel oils with a sulfur content reduced to less than 500 ppm have such poor friction and wear-reducing properties that so-called lubricity additives must be added to them. These are based inter alia on esters of unsaturated fatty acids with lower alcohols (biodiesel).
Die technisch als Brennstofföle und Additive eingesetzten öligen Flüssigkeiten basieren hauptsächlich auf Ölen aus natürlichen Quellen wie Raps, Sonnenblumen, Soya und ähnlichen Ölsaaten. Diese weisen einen hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren von mehr als 50 % und bevorzugt von mehr als 80 % auf, was ihnen akzeptable rheologische Eigenschaften insbesondere in der Kälte verleiht.The oily fluids used as fuel oils and additives are mainly based on oils from natural sources such as oilseed rape, sunflowers, soya and similar oilseeds. These have a high content of unsaturated fatty acids of more than 50%, and preferably of more than 80%, which gives them acceptable rheological properties, especially in the cold.
So offenbart
Die auf Estern ungesättigter Fettsäuren basierenden öligen Flüssigkeiten, die auf Grund ihrer rheologischen Eigenschaften gegenüber den auf gesättigten Fettsäuren basierenden Estern bevorzugt werden, können bei längerer Lagerung insbesondere unter erhöhter Temperatur zu nur noch bedingt öllöslichen Produkten verharzen. Dies kann zur Bildung von viskosen Ausscheidungen und Ablagerungen im Lagerbehälter sowie im additivierten Brennstofföl führen. Auch im Motor kann dies insbesondere an den Ventilen und Einspritzdüsen zu Ablagerungen führen.The oily liquids based on esters of unsaturated fatty acids, which are preferred because of their rheological properties over the esters based on saturated fatty acids, can, on prolonged storage, especially at elevated temperature, harden to only partially oil-soluble products. This can lead to the formation of viscous precipitates and deposits in the storage container as well as in the additized fuel oil. Even in the engine, this can lead to deposits, in particular at the valves and injection nozzles.
Darüber hinaus ist die Wirksamkeit der aus landwirtschaftlicher Produktion in großen Mengen und preiswert zur Verfügung stehenden Fettsäureester auf Basis von Ölsaaten als Lubricity-Additive vergleichsweise gering. Zur Erzielung eines in der Praxis ausreichenden Effekts sind folglich hohe Dosierraten von 1.000 ppm und mehr erforderlich, was einen hohen logistischen Aufwand erfordert.In addition, the effectiveness of the agricultural production in large quantities and inexpensive available fatty acid esters based on oilseeds as lubricity additives is comparatively low. In order to achieve a sufficient effect in practice, consequently, high dosage rates of 1,000 ppm and more are required, which requires a high logistical effort.
Aufgabe vorliegender Erfindung war daher, Brennstofföle und Additive auf Basis ungesättigter pflanzlicher und tierischer Öle zu finden, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Oxidationsstabilität aufweisen.The object of the present invention was therefore to find fuel oils and additives based on unsaturated vegetable and animal oils, which have an improved oxidation stability compared with the prior art.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass Kombinationen von Estern aus ungesättigten Fettsäuren mit Alkylphenol-Aldehydharzen eine deutlich verbesserte Oxidationsstabilität aufweisen.Surprisingly, it has been found that combinations of esters of unsaturated fatty acids with alkylphenol-aldehyde resins have a significantly improved oxidation stability.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von öligen Flüssigkeiten enthaltend
- A) mindestens einen Ester aus Fettsäuren, deren Kohlenstoffkettenlängen zwischen 8 und 30 Kohlenstoffatomen liegen, und einem einwertigen C1-C5-Alkohol, wobei mindestens 50% der Fettsäurereste mindestens eine Doppelbindung enthalten, und
- B) 0,005 bis 20 Gew.-% mindestens eines Alkylphenol-Aldehydharzes, erhältlich durch die Kondensation von
- (i) mindestens einem Alkylphenol mit mindestens einem C6-C24-Alkyl oder C6-C24-Alkenylrest und
- (ii) mindestens einem Aldehyd oder Keton,
- A) at least one ester of fatty acids whose carbon chain lengths are between 8 and 30 carbon atoms and a monohydric C 1 -C 5 -alcohol, wherein at least 50% of the fatty acid residues contain at least one double bond, and
- B) 0.005 to 20 wt .-% of at least one alkylphenol-aldehyde resin, obtainable by the condensation of
- (i) at least one alkylphenol having at least one C 6 -C 24 -alkyl or C 6 -C 24 -alkenyl radical and
- (ii) at least one aldehyde or ketone,
Die oben definierten öligen Flüssigkeiten werden im folgenden auch als Additive bezeichnet.The oily liquids defined above are also referred to below as additives.
Bevorzugte Fettsäuren, die Bestandteil der Ester A) sind, sind solche mit 10 bis 26 C-Atomen, insbesondere 12 bis 22 C-Atomen. Die Alkylreste bzw. Alkenylreste der Fettsäuren bestehen im wesentlichen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie können jedoch weitere Substituenten wie z.B. Hydroxy-, Halogen-, Amino- oder Nitrogruppen tragen, sofern diese den vorwiegenden Kohlenwasserstoffcharakter nicht beeinträchtigen. Die Fettsäuren enthalten vorzugsweise mindestens eine Doppelbindung. Sie können mehrere Doppelbindungen, beispielsweise 2 oder 3 Doppelbindungen, enthalten und natürlicher oder synthetischer Herkunft sein. Bei mehrfach ungesättigten Carbonsäuren können deren Doppelbindungen isoliert oder auch konjugiert sein. Bevorzugt sind Mischungen aus zwei oder mehr ungesättigten Fettsäuren mit 10 bis 26 C-Atomen. In besonders bevorzugten Fettsäuremischungen enthalten mindestens 75 Gew.-%, speziell mindestens 90 Gew.-% der Fettsäuren eine oder mehrere Doppelbindungen. Die Jodzahlen der den erfindungsgemäßen Estern zugrunde liegenden Fettsäuren bzw. Fettsäuregemische liegen bevorzugt oberhalb 50 g J/100 g, besonders bevorzugt zwischen 100 und 190 g J/100 g, insbesondere zwischen 110 und 180 g J/100 g und speziell zwischen 120 und 180 g I/100 g Fettsäure bzw. Fettsäuregemisch.Preferred fatty acids which are part of the esters A) are those having 10 to 26 C atoms, in particular 12 to 22 C atoms. The alkyl radicals or alkenyl radicals of the fatty acids consist essentially of carbon and hydrogen. However, they may carry other substituents such as hydroxy, halogen, amino or nitro groups, provided they do not affect the predominantly hydrocarbon character. The fatty acids preferably contain at least one double bond. They may contain multiple double bonds, for example 2 or 3 double bonds, and be of natural or synthetic origin. In the case of polyunsaturated carboxylic acids, their double bonds may be isolated or else conjugated. Preference is given to mixtures of two or more unsaturated fatty acids having 10 to 26 carbon atoms. In particularly preferred fatty acid mixtures, at least 75% by weight, especially at least 90% by weight, of the fatty acids contain one or more double bonds. The iodine numbers of the Fatty acids or fatty acid mixtures according to the invention are preferably above 50 g J / 100 g, more preferably between 100 and 190 g J / 100 g, in particular between 110 and 180 g J / 100 g and especially between 120 and 180 g I / 100 g fatty acid or fatty acid mixture.
Geeignete ungesättigte Fettsäuren sind beispielsweise Öl-, Eruca-, Palmitolein-, Myristolein-, Linol-, Linolen-, Elaeosterin-, Arachidon- und/oder Ricinolsäure. Bevorzugt werden erfindungsgemäß aus natürlichen Fetten und Ölen gewonnene Fettsäuremischungen bzw. -fraktionen, wie z.B. Erdnussöl-, Fisch-, Leinöl-, Palmöl-, Rapsöl-, Ricinen-, Ricinusöl-, Rüböl-, Sojaöl-, Sonnenblumenöl-, Färberdistel- und Tallölfettsäure eingesetzt, die entsprechende Jodzahlen aufweisen.Suitable unsaturated fatty acids are, for example, oil, eruca, palmitoleic, myristoleic, linoleic, linolenic, elaeosterolic, arachidonic and / or ricinoleic acid. Preference is given to fatty acid mixtures or fractions obtained according to the invention from natural fats and oils, e.g. Peanut oil, fish, linseed oil, palm oil, rapeseed oil, ricinoleic, castor oil, rapeseed oil, soybean oil, sunflower oil, Färberdistel- and tall oil fatty acid having corresponding iodine numbers.
Als Bestandteil der Fettsäuremischungen ebenfalls geeignet sind Dicarbonsäuren, wie Dimerfettsäuren und Alkyl- sowie Alkenylbernsteinsäuren mit C8-C50-Alk(en)ylresten, bevorzugt mit C8-C40-, insbesondere mit C12-C22-Alk(en)ylresten. Die Alkylreste können linear wie auch verzweigt (oligomerisierte Alkene, Polyisobutylen) und gesättigt oder ungesättigt sein. Bevorzugt sind Anteile von bis zu 10 Gew.-%, insbesondere weniger als 5 Gew.-% bezogen auf den Bestandteil A).Also suitable as constituent of the fatty acid mixtures are dicarboxylic acids, such as dimer fatty acids and alkyl- and alkenylsuccinic acids with C 8 -C 50 -alk (en) yl radicals, preferably with C 8 -C 40 -, in particular with C 12 -C 22 -alk (s) ylresten. The alkyl radicals can be linear or branched (oligomerized alkenes, polyisobutylene) and saturated or unsaturated. Preference is given to fractions of up to 10% by weight, in particular less than 5% by weight, based on the constituent A).
Daneben können die Fettsäuremischungen untergeordnete Mengen, d.h. bis zu 20 Gew.-%, bevorzugt weniger als 10%, insbesondere weniger als 5 % und speziell weniger als 2 % gesättigter Fettsäuren wie beispielsweise Laurin-, Tridecan-, Myristin-, Pentadecan-, Palmitin-, Margarin-, Stearin-, Isostearin-, Arachin- und Behensäure enthalten.In addition, the fatty acid mixtures may contain minor amounts, i. up to 20% by weight, preferably less than 10%, in particular less than 5% and especially less than 2% of saturated fatty acids such as, for example, lauric, tridecane, myristic, pentadecane, palmitic, margarine, stearin, Contain isostearin, arachin and behenic acid.
Die Fettsäuren können weiterhin 1-40 Gew.-%, speziell 1-25 Gew.-%, insbesondere 1-5 Gew.-% Harzsäuren enthalten.The fatty acids can furthermore contain 1-40% by weight, especially 1-25% by weight, in particular 1-5% by weight of resin acids.
Geeignete Alkohole enthalten 1 bis 5 Kohlenstoffatome. Besonders geeignete Alkohole sind Methanol und Ethanol, insbesondere Methanol.Suitable alcohols contain 1 to 5 carbon atoms. Particularly suitable alcohols are methanol and ethanol, in particular methanol.
Die Ester sind aus Alkoholen und Fettsäuren in bekannter Weise durch Veresterung herstellbar. Bevorzugt ist die Umesterung natürlich vorkommender Fette und Öle mit niederen Alkoholen und insbesondere mit Methanol, wobei als Nebenprodukt Glycerin entsteht. Bevorzugt sind solche Ester, die aus einem Fettsäuregemisch herstellbar sind.The esters can be prepared from alcohols and fatty acids in a known manner by esterification. Preferably, the transesterification of naturally occurring fats and oils with lower alcohols and in particular with methanol, being by-produced Glycerin is formed. Preference is given to those esters which can be prepared from a fatty acid mixture.
Die im Additiv enthaltenen Alkylphenol-Aldehyd-Harze (B) sind prinzipiell bekannt und beispielsweise im
Der Aldehyd im Alkylphenol-Aldehyd-Harz besitzt 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome und kann weitere funktionelle Gruppen tragen. Bevorzugt ist er ein aliphatischer Aldehyd, besonders bevorzugt ist er Formaldehyd.The aldehyde in the alkylphenol-aldehyde resin has 1 to 10, preferably 1 to 4, carbon atoms and may carry further functional groups. It is preferably an aliphatic aldehyde, more preferably it is formaldehyde.
Das Molekulargewicht der Alkylphenol-Aldehyd-Harze beträgt vorzugsweise 350 - 10.000, insbesondere 400 - 5000 g/mol. Bevorzugt entspricht dies einem Kondensationsgrad n von 3 bis 40, insbesondere von 4 bis 20. Voraussetzung ist hierbei, dass die Harze öllöslich sind.The molecular weight of the alkylphenol-aldehyde resins is preferably 350 to 10,000, in particular 400 to 5000, g / mol. This preferably corresponds to a condensation degree n of from 3 to 40, in particular from 4 to 20. The prerequisite here is that the resins are oil-soluble.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei diesen Alkylphenol-Formaldehydharzen um solche, die Oligo- oder Polymere mit einer repetitiven Struktureinheit der Formel
Die Herstellung der Alkylphenol-Aldehyd-Harze erfolgt in bekannter Weise durch basische Katalyse, wobei Kondensationsprodukte vom Resoltyp entstehen, oder durch saure Katalyse, wobei Kondensationsprodukte vom Novolaktyp entstehen.The preparation of the alkylphenol-aldehyde resins is carried out in a known manner by basic catalysis, resulting in resol-type condensation products, or by acid catalysis to form novolac-type condensation products.
Die nach beiden Arten gewonnenen Kondensate sind für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeignet. Bevorzugt ist die Kondensation in Gegenwart von sauren Katalysatoren.The condensates obtained according to both types are suitable for the compositions according to the invention. Preferably, the condensation is in the presence of acidic catalysts.
Zur Herstellung der Alkylphenol-Aldehyd-Harze werden ein Alkylphenol mit 6 - 24, bevorzugt 8 - 22, insbesondere 9-18 C-Atomen je Alkylgruppe, oder Gemische hiervon und mindestens ein Aldehyd miteinander umgesetzt, wobei pro mol Alkylphenolverbindung etwa 0,5 - 2 mol, vorzugsweise 0,7 - 1,3 mol und insbesondere äquimolare Mengen Aldehyd eingesetzt werden.For the preparation of the alkylphenol-aldehyde resins, an alkylphenol having 6-24, preferably 8-22, in particular 9-18, carbon atoms per alkyl group, or mixtures thereof, and at least one aldehyde are reacted with each other, wherein about 0.5 mol per mol of alkylphenol compound. 2 mol, preferably 0.7 to 1.3 mol and in particular equimolar amounts of aldehyde are used.
Geeignete Alkylphenole sind insbesondere n- und iso-Hexylphenol, n- und isoOctylphenol, n- und iso- Nonylphenol, n- und iso-Decylphenol, n- und iso-Dodecylphenol, Tetradecylphenol, Hexadecylphenol, Octadecylphenol, Eicosylphenol, Tripropenylphenol, Tetrapropenylphenol und Polyi(isobutenyl)phenol bis C24.Suitable alkylphenols are in particular n- and iso-hexylphenol, n- and isoctylphenol, n- and iso-nonylphenol, n- and iso-decylphenol, n- and iso-dodecylphenol, tetradecylphenol, hexadecylphenol, octadecylphenol, eicosylphenol, tripropenylphenol, tetrapropenylphenol and polyols (isobutenyl) phenol -C 24th
Die Alkylphenole sind vorzugsweise para-substituiert. Die Alkylphenole können einen oder mehrere Alkylreste tragen. Vorzugsweise sind sie zu höchstens 5 mol-%, insbesondere zu höchstens 20 mol-% und speziell höchstens 40 mol-% mit mehr als einer Alkylgruppe substituiert. Bevorzugt tragen höchstens 40 mol-%, insbesondereThe alkylphenols are preferably para-substituted. The alkylphenols may carry one or more alkyl radicals. Preferably, they are substituted at most 5 mol%, in particular at most 20 mol% and especially at most 40 mol% with more than one alkyl group. Preferably carry at most 40 mol%, in particular
höchstens 20 mol-% der eingesetzten Alkylphenole in ortho-Position einen Alkylrest. Speziell sind die Alkylphenole in ortho-Position zur Hydroxylgruppe nicht mit tertiären Alkylgruppen substituiert.at most 20 mol% of the alkylphenols used in the ortho position an alkyl radical. Specifically, the alkylphenols ortho to the hydroxyl group are not substituted with tertiary alkyl groups.
Der Aldehyd kann ein Mono- oder Dialdehyd sein und weitere funktionelle Gruppen wie -COOH tragen. Besonders geeignete Aldehyde sind Formaldehyd, Acetaldehyd, Butyraldehyd, Glutardialdehyd und Glyoxalsäure, bevorzugt ist Formaldehyd. Der Formaldehyd kann in Form von Paraformaldehyd oder in Form einer vorzugsweise 20 - 40 gew.-%igen wässrigen Formalinlösung eingesetzt werden. Es können auch entsprechende Mengen an Trioxan verwendet werden.The aldehyde can be a mono- or dialdehyde and carry other functional groups such as -COOH. Particularly suitable aldehydes are formaldehyde, acetaldehyde, butyraldehyde, glutaric dialdehyde and glyoxylic acid, with formaldehyde being preferred. The formaldehyde can be used in the form of paraformaldehyde or in the form of a preferably 20-40% strength by weight aqueous formalin solution. Corresponding amounts of trioxane can also be used.
Die Umsetzung von Alkylphenol und Aldehyd erfolgt üblicherweise in Gegenwart von alkalischen Katalysatoren, beispielsweise Alkalihydroxiden oder Alkylaminen, oder von sauren Katalysatoren, beispielsweise anorganischen oder organischen Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Sulfonsäure, Sulfamidosäuren oder Halogenessigsäuren. Die Kondensation wird bevorzugt lösemittelfrei bei 90 bis 200°C, bevorzugt bei 100 bis 160°C durchgeführt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung in Gegenwart eines mit Wasser ein Azeotrop bildenden organischen Lösungsmittels, beispielsweise Toluol, Xylol, höheren Aromaten oder Gemischen hiervon. Das Reaktionsgemisch wird auf eine Temperatur von 90 bis 200°C, bevorzugt 100 - 160°C erhitzt, wobei das entstehende Reaktionswasser während der Umsetzung durch azeotrope Destillation entfernt wird. Lösungsmittel, die unter den Bedingungen der Kondensation keine Protonen abspalten, können nach der Kondensationsreaktion in den Produkten bleiben. Die Harze können direkt oder nach Neutralisation des Katalysators eingesetzt werden, gegebenenfalls nach weiterer Verdünnung der Lösung mit aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen, z.B. Benzinfraktionen, Kerosin, Decan, Pentadecan, Toluol, Xylol, Ethylbenzol oder Lösungsmitteln wie ®Solvent Naphtha, ®Shellsol AB, ®Solvesso 150, ®Solvesso 200, ®Exxsol, ®ISOPAR- und ®Shellsol D-Typen.The reaction of alkylphenol and aldehyde is usually carried out in the presence of alkaline catalysts, for example alkali metal hydroxides or alkylamines, or of acidic catalysts, for example inorganic or organic acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, sulfonic acid, sulfamido acids or haloacetic acids. The condensation is preferably carried out solvent-free at 90 to 200 ° C, preferably at 100 to 160 ° C. In a further preferred embodiment, the reaction takes place in the presence of an organic solvent which forms an azeotrope with water, for example toluene, xylene, higher aromatics or mixtures thereof. The reaction mixture is heated to a temperature of 90 to 200 ° C, preferably 100 to 160 ° C, wherein the resulting reaction water is removed during the reaction by azeotropic distillation. Solvents that do not release protons under condensation conditions may remain in the products after the condensation reaction. The resins can be used directly or after neutralization of the catalyst, optionally after further dilution of the solution with aliphatic and / or aromatic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures, eg gasoline fractions, kerosene, decane, pentadecane, toluene, xylene, ethylbenzene or solvents such as ® Solvent Naphtha, ® Shellsol AB, ® Solvesso 150, ® Solvesso 200, ® Exxsol, ® ISOPAR and ® Shellsol D types.
Die Gewichtsanteile der Bestandteile A) und B) in den erfindungsgemäßen Additiven können je nach Anwendungsfall in weiten Grenzen variieren. Sie liegen vorzugsweise zwischen 10 und 99,999 Gew.-% A), insbesondere zwischen 20 und 99,995 Gew.-% A). Der Anteil der Komponenten B) beträgt 0,005 bis 20 Gew.-%.The proportions by weight of constituents A) and B) in the additives according to the invention can vary within wide limits, depending on the application. they lay preferably between 10 and 99.999% by weight of A), in particular between 20 and 99.995% by weight of A). The proportion of components B) is 0.005 to 20 wt .-%.
Überraschenderweise wurde ebenfalls gefunden, dass eine weitere Steigerung der Wirksamkeit als Lubricity-Additiv erzielt wird, wenn die erfindungsgemäßen Mischungen zusammen mit stickstoffhaltigen Paraffindispergatoren eingesetzt werden. Paraffindispergatoren sind Additive, die bei Abkühlung des Öls die Größe der ausfallenden Paraffinkristalle reduzieren und darüber hinaus bewirken, dass die Paraffinpartikel sich nicht absetzen, sondern kolloidal mit deutlich reduziertem Sedimentationsbestreben, dispergiert bleiben.Surprisingly, it has also been found that a further increase in the effectiveness as a lubricant additive is achieved when the mixtures according to the invention are used together with nitrogen-containing paraffin dispersants. Paraffin dispersants are additives which reduce the size of the precipitated wax crystals as the oil cools and, moreover, cause the paraffin particles not to settle but to remain colloidally dispersed with significantly reduced sedimentation effort.
Bei den Paraffindispergatoren handelt es sich vorzugsweise um niedermolekulare oder polymere, öllösliche Verbindungen mit ionischen oder polaren Gruppen wie z.B. Aminsalze, Imide und/oder Amide. Besonders bevorzugte Paraffindispergatoren enthalten Umsetzungsprodukte sekundärer Fettamine mit 8 bis 36 C-Atomen, insbesondere Dicocosfettamin, Ditalgfettamin und Distearylamin. Besonders bewährt haben sich Paraffindispergatoren, die durch Reaktion aliphatischer oder aromatischer Amine, vorzugsweise langkettiger aliphatischer Amine, mit aliphatischen oder aromatischen Mono-, Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren oder deren Anhydriden erhalten werden (vgl.
Besonders bevorzugte Paraffindispergatoren werden durch Reaktion von Verbindungen, die eine Acylgruppe enthalten, mit einem Amin hergestellt. Bei diesem Amin handelt es sich um eine Verbindung der Formel NR6R7R8, worin R6, R7 und R8 gleich oder verschieden sein können, und wenigstens eine dieser Gruppen für C8-C36-Alkyl, C6-C36-Cycloalkyl, C8-C36-Alkenyl, insbesondere C12-C24-Alkyl, C12-C24-Alkenyl oder Cyclohexyl steht, und die übrigen Gruppen entweder Wasserstoff, C1-C36-Alkyl, C2-C36-Alkenyl, Cyclohexyl, oder eine Gruppe der Formeln -(A-O)x-E oder -(CH2)n-NYZ bedeuten, worin A für eine Ethylen- oder Propylengruppe steht, x eine Zahl von 1 bis 50, E = H, C1-C30-Alkyl, C5-C12-Cycloalkyl oder C6-C30-Aryl, und n 2, 3 oder 4 bedeuten, und Y und Z unabhängig voneinander H, C1-C30-Alkyl oder -(A-O)x bedeuten. Unter Acylgruppe wird hier eine funktionelle Gruppe folgender Formel verstanden:
>C=O
Particularly preferred paraffin dispersants are prepared by reacting compounds containing an acyl group with an amine. This amine is a compound of the formula NR 6 R 7 R 8 , in which R 6 , R 7 and R 8 may be identical or different, and at least one of these groups is C 8 -C 36 -alkyl, C 6 - C 36 -cycloalkyl, C 8 -C 36 -alkenyl, in particular C 12 -C 24 -alkyl, C 12 -C 24 -alkenyl or cyclohexyl, and the remaining groups are either hydrogen, C 1 -C 36 alkyl, C 2 -C 36 alkenyl, cyclohexyl, or a group of the formulas - (AO) x -E or - (CH 2 ) n -NYZ where A is an ethylene or propylene group, x is a number from 1 to 50, E = H, C 1 -C 30 -alkyl, C 5 -C 12 -cycloalkyl or C 6 -C 30 -aryl, and n 2, 3 or 4, and Y and Z independently of one another are H, C 1 -C 30 -alkyl or - (AO) x . By acyl group is meant here a functional group of the following formula:
> C = O
Die Paraffindispergatoren können den erfindungsgemäßen Additiven beigemischt oder separat dem zu additivierenden Mitteldestillat zugesetzt werden. Das Mengenverhältnis zwischen Paraffindispergatoren und den erfindungsgemäßen Additiven liegt zwischen 5:1 und 1:5 und bevorzugt zwischen 3:1 und 1:3.The paraffin dispersants can be added to the additives according to the invention or added separately to the middle distillate to be added. The amount ratio between paraffin dispersants and the additives according to the invention is between 5: 1 and 1: 5 and preferably between 3: 1 and 1: 3.
Zur Herstellung von Additivpaketen für spezielle Problemlösungen können die erfindungsgemäßen Additive auch zusammen mit einem oder mehreren öllöslichen Co-Additiven eingesetzt werden, die für sich allein die Schmierwirkung und/oder die Kaltfließeigenschaften von Rohölen, Schmierölen oder Brennstoffölen verbessern. Beispiele solcher Co-Additive sind Vinylacetat enthaltende Copolymerisate oder Terpolymerisate des Ethylens, Kammpolymere sowie öllösliche Amphiphile.For the preparation of additive packages for specific problem solutions, the additives according to the invention can also be used together with one or more oil-soluble co-additives which in themselves improve the lubricity and / or the cold flow properties of crude oils, lubricating oils or fuel oils. Examples of such co-additives are vinyl acetate-containing copolymers or terpolymers of ethylene, comb polymers and oil-soluble amphiphiles.
So haben sich Mischungen der erfindungsgemäßen Additive mit Copolymerisaten hervorragend bewährt, die 10 bis 40 Gew.-% Vinylacetat und 60 bis 90 Gew.-% Ethylen enthalten. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung setzt man die erfindungsgemäßen Additive in Mischung mit Ethylen/Vinylacetat/Vinyl-2-ethylhexanoat-Terpolymeren, Ethylen/Vinylacetat/ Neononansäurevinylester-Terpolymeren und/oder Ethylen-Vinylacetat/ Neodecansäurevinylester-Terpolymeren zur gleichzeitigen Verbesserung der Fließfähigkeit und Schmierwirkung von Mineralölen oder Mineralöldestillaten ein. Die Terpolymerisate der 2-Ethylhexansäurevinylester, Neononansäurevinylester bzw. der Neodecansäurevinylester enthalten außer Ethylen 10 bis 35 Gew.-% Vinylacetat und 1 bis 25 Gew.-% des jeweiligen langkettigen Vinylesters. Weitere bevorzugte Copolymere enthalten neben Ethylen und 10 bis 35 Gew.-% Vinylestern noch 0,5 bis 20 Gew.-% Olefin mit 3 bis 10 C-Atomen wie z. B. Isobutylen, Diisobutylen, 4-Methylpenten oder Norbornen.For example, mixtures of the additives according to the invention with copolymers which have 10 to 40% by weight of vinyl acetate and 60 to 90% by weight of ethylene have proven outstanding. According to a further embodiment of the invention, the additives according to the invention are mixed with ethylene / vinyl acetate / vinyl 2-ethylhexanoate terpolymers, ethylene / vinyl acetate / vinyl neononanoate terpolymers and / or ethylene / vinyl acetate / vinyl neodecanoate terpolymers to simultaneously improve flowability and lubricity of mineral oils or mineral oil distillates. The terpolymers of vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl neononanoate or vinyl neodecanoate contain, in addition to ethylene, 10 to 35% by weight of vinyl acetate and 1 to 25% by weight of the particular long-chain vinyl ester. Other preferred copolymers contain in addition to ethylene and 10 to 35 wt .-% vinyl esters or 0.5 to 20 wt .-% of olefin having 3 to 10 carbon atoms such. B. isobutylene, diisobutylene, 4-methylpentene or norbornene.
Schließlich werden in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die erfindungsgemäßen Additive zusammen mit Kammpolymeren verwendet. Hierunter versteht man Polymere, bei denen Kohlenwasserstoffreste mit mindestens 8, insbesondere mindestens 10 Kohlenstoffatomen an einem Polymerrückgrat gebunden sind. Vorzugsweise handelt es sich um Homopolymere, deren Alkylseitenketten mindestens 8 und insbesondere mindestens 10 Kohlenstoffatome enthalten. Bei Copolymeren weisen mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 % der Monomeren Seitenketten auf (vgl.
Kammpolymere können beispielsweise durch die Formel
- A
- R', COOR', OCOR', R"-COOR' oder OR';
- D
- H, CH3, A oder R;
- E
- H oder A;
- G
- H, R", R"-COOR', einen Arylrest oder einen heterocyclischen Rest;
- M
- H, COOR", OCOR", OR" oder COOH;
- N
- H, R", COOR", OCOR, COOH oder einen Arylrest;
- R'
- eine Kohlenwasserstoffkette mit 8-150 Kohlenstoffatomen;
- R"
- eine Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen;
- m
- eine Zahl zwischen 0,4 und 1,0; und
- n
- eine Zahl zwischen 0 und 0,6.
- A
- R ', COOR', OCOR ', R "-COOR' or OR ';
- D
- H, CH 3, A or R;
- e
- H or A;
- G
- H, R ", R" -COOR ', an aryl radical or a heterocyclic radical;
- M
- H, COOR ", OCOR", OR "or COOH;
- N
- H, R ", COOR", OCOR, COOH or an aryl radical;
- R '
- a hydrocarbon chain of 8-150 carbon atoms;
- R "
- a hydrocarbon chain of 1 to 10 carbon atoms;
- m
- a number between 0.4 and 1.0; and
- n
- a number between 0 and 0.6.
Das Mischungsverhältnis (in Gewichtsteilen) der erfindungsgemäßen Additive mit Ethylencopolymeren bzw. Kammpolymeren beträgt jeweils 1:10 bis 20:1, vorzugsweise 1:1 bis 10:1.The mixing ratio (in parts by weight) of the additives according to the invention with ethylene copolymers or comb polymers is in each case 1:10 to 20: 1, preferably 1: 1 to 10: 1.
Die erfindungsgemäßen öligen Flüssigkeiten sind insbesondere zur Verwendung als Brennstofföl in Dieselmotoren geeignet.The oily liquids of the invention are particularly suitable for use as fuel oil in diesel engines.
Die erfindungsgemäßen öligen Flüssigkeiten werden Ölen als Additive in Mengen von 0,02 bis 10 Gew.-% zugesetzt. Dabei können sie als solche oder auch gelöst in Lösemitteln, wie z.B. aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen wie z.B. Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Decan, Pentadecan, Benzinfraktionen, Diesel, Kerosin oder kommerziellen Lösemittelgemischen wie Solvent Naphtha, ®Shellsol AB, ®Solvesso 150, ®Solvesso 200, ®Exxsol-, ®Isopar- und ®Shellsol D-Typen, sowie polaren Lösungsmitteln wie Alkoholen, Glykolen und Estern eingesetzt werden. Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Additive bis zu 70 %, speziell 5 - 60 %, insbesondere 10 - 40 Gew.-% Lösemittel. Besonders bevorzugt werden sie ohne Zugabe weiterer Lösemittel eingesetzt.The oily liquids according to the invention are added to oils as additives in amounts of 0.02 to 10% by weight. They may be used as such or dissolved in solvents, such as aliphatic and / or aromatic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures such as toluene, xylene, ethylbenzene, decane, pentadecane, gasoline fractions, diesel, kerosene or commercial solvent mixtures such as Solvent Naphtha, ® Shellsol AB, ® Solvesso 150, ® Solvesso 200, ® Exxsol, ® Isopar and ® Shellsol D types, as well as polar solvents such as alcohols, glycols and esters. Preferably, the additives of the invention contain up to 70%, especially 5 to 60%, in particular 10 to 40% by weight of solvent. With particular preference, they are used without the addition of further solvents.
Die erfindungsgemäßen öligen Flüssigkeiten können bei erhöhter Temperatur über längere Zeit ohne Alterungseffekte gelagert werden, ohne dass es zu Alterungserscheinungen wie Verharzung und der Bildung unlöslicher Strukturen oder Ablagerungen in Lagerbehältern und/oder Motorteilen kommt. Darüber hinaus verbessern sie die Oxidationsstabilität der mit ihnen additivierten Öle. Dies ist insbesondere bei Ölen, die größere Anteile von Ölen aus Crackprozessen enthalten, von Vorteil.The oily liquids of the invention can be stored at elevated temperature for a long time without aging effects, without causing aging phenomena such as resinification and the formation of insoluble structures or deposits in storage containers and / or engine parts. In addition, they improve the oxidation stability of the oils additized with them. This is particularly advantageous for oils containing larger amounts of cracking oils.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen öligen Flüssigkeiten ist ihre gegenüber den gemäß dem Stand der Technik als Lubricity-Additive eingesetzten Fettsäureestern abgesenkte Kristallisationstemperatur. So können sie auch bei niedrigen Temperaturen von beispielsweise 0°C bis -20°C und teilweise auch niedriger problemlos eingesetzt werden.A further advantage of the oily liquids according to the invention is their crystallization temperature, which is lower than the fatty acid esters used according to the prior art as lubricity additives. So you can also with low temperatures of, for example, 0 ° C to -20 ° C and sometimes lower are used without problems.
Die erfindungsgemäßen öligen Flüssigkeiten sind als Additive für die Verwendung in Mitteldestillaten besonders gut geeignet. Als Mitteldestillate bezeichnet man insbesondere solche Mineralöle, die durch Destillation von Rohöl gewonnen werden und im Bereich von 120 bis 450°C sieden, beispielsweise Kerosin, Jet-Fuel, Diesel und Heizöl. Die Öle können auch Alkohole wie Methanol und/oder Ethanol enthalten oder aus diesen bestehen. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Additive in solchen Mitteldestillaten verwendet, die weniger als 350 ppm Schwefel, insbesondere weniger als 200 ppm Schwefel und in speziellen Fällen weniger als 50 ppm bzw. weniger als 10 ppm Schwefel enthalten. Es handelt sich dabei im allgemeinen um solche Mitteldestillate, die einer hydrierenden Raffination unterworfen wurden, und die daher nur geringe Anteile an polyaromatischen und polaren Verbindungen enthalten, die ihnen eine natürliche Schmierwirkung verleihen. Die erfindungsgemäßen Additive werden weiterhin vorzugsweise in solchen Mitteldestillaten verwendet, die 95 %-Destillationspunkte unter 370°C, insbesondere 350°C und in Spezialfällen unter 330°C aufweisen. Des gleichen sind die erfindungsgemäßen Additive für die Verwendung in synthetischen Kraftstoffen mit ebenfalls geringer Schmierfähigkeit, wie sie z. B. im Fischer-Tropsch-Prozeß hergestellt werden können, geeignet. Die in ihrer Schmierfähigkeit verbesserten Öle besitzen einen im HFRR-Test gemessenen Wear Scar Diameter von bevorzugt weniger als 460 µm, speziell weniger als 450 µm. Die erfindungsgemäßen öligen Flüssigkeiten können auch als Komponenten in Schmierölen eingesetzt werden.The oily liquids according to the invention are particularly suitable as additives for use in middle distillates. As middle distillates are in particular those mineral oils which are obtained by distillation of crude oil and boil in the range of 120 to 450 ° C, for example kerosene, jet fuel, diesel and fuel oil. The oils may also contain or consist of alcohols such as methanol and / or ethanol. Preferably, the additives of the present invention are used in middle distillates containing less than 350 ppm sulfur, more preferably less than 200 ppm sulfur, and in special cases less than 50 ppm and less than 10 ppm sulfur, respectively. These are generally those middle distillates that have been subjected to a hydrogenating refining, and therefore contain only small amounts of polyaromatic and polar compounds that give them a natural lubricating effect. The additives according to the invention are furthermore preferably used in middle distillates which have 95% distillation points below 370.degree. C., in particular 350.degree. C. and in special cases below 330.degree. The same are the additives of the invention for use in synthetic fuels with also low lubricity, as z. B. in the Fischer-Tropsch process, suitable. The lubricity-enhanced oils have a wear scar diameter measured by the HFRR test of preferably less than 460 μm, especially less than 450 μm. The oily liquids according to the invention can also be used as components in lubricating oils.
Die öligen Flüssigkeiten können allein oder auch zusammen mit anderen Additiven verwendet werden, z.B. mit Stockpunkterniedrigern, Korrosionsinhibitoren, Antioxidantien, Schlamminhibitoren, Dehazern, Leitfähigkeitsverbesserern, Lubricity-Additiven, und Zusätzen zur Erniedrigung des Cloud-Points. Des weiteren werden sie erfolgreich zusammen mit Additivpaketen eingesetzt, die u.a. bekannte aschefreie Dispergieradditive, Detergenzien, Entschäumer, Antioxidantien, Dehazer, Demulgatoren und Korrosionsinhibitoren enthalten.The oily liquids may be used alone or together with other additives such as pour point depressants, corrosion inhibitors, antioxidants, sludge inhibitors, dehazers, conductivity improvers, lubricity additives, and cloud point depressant additives. Furthermore, they are successfully used together with additive packages containing, among others, known ashless dispersing additives, detergents, defoamers, antioxidants, dehazers, demulsifiers and corrosion inhibitors.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen öligen Flüssigkeiten werden durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.The advantages of the oily liquids of the invention are further illustrated by the following examples.
Im folgenden werden die eingesetzten Bestandteile der öligen Flüssigkeiten charakterisiert.In the following, the constituents of the oily liquids are characterized.
Jodzahlen werden nach Kaufmann bestimmt. Dazu wird die Probe mit einer definierten Menge einer methanolischen Bromlösung versetzt, wobei sich eine dem Gehalt an Doppelbindungen equivalente Menge Brom anlagert. Der Überschuss an Brom wird mit Natriumthiosulfat zurücktitriert.
In einen 500 ml Erlenmeyerkolben werden 10 g des zu überprüfenden Fettsäuregemischs und die Tabelle 3 angegebene Menge Harz eingewogen. Der Kolben wird drei Tage bei einer Temperatur von 90°C im Trockenschrank gelagert, wobei täglich die über dem Additiv stehende Atmosphäre durch Überleiten eines Luftstroms ausgetauscht wird.10 g of the fatty acid mixture to be tested and the amount of resin indicated in Table 3 are weighed into a 500 ml Erlenmeyer flask. The flask is stored for three days at a temperature of 90 ° C in a drying oven, where daily the atmosphere above the additive is replaced by passing an air stream.
Nach der Konditionierung lässt man die Mischung eine Stunde bei Raumtemperatur abkühlen. Anschließend wird mit 500 ml Dieselkraftstoff (Testöl 1) versetzt und gut durchmischt. Nach zwei Stunden Standzeit wird die Mischung visuell auf eventuelle Ausscheidungen, Trübungen, unlösliche Anteile, u.s.w. beurteilt, die Hinweise auf oxidative Veränderungen geben (visuelle Beurteilung). Sodann wird über ein 0,8 µm Filter bei einer Druckdifferenz von 800 mbar filtriert. Die Gesamtmenge muss innerhalb von 2 Minuten filtrierbar sein, ansonsten wird das nach 2 Minuten filtrierte Volumen notiert.
Die Schmierwirkung der Additive wurde mittels eines HFRR-Geräts der Firma PCS Instruments an additivierten Ölen bei 60°C geprüft. Der High Frequency Reciprocating Rig Test (HFRR) ist beschrieben in
460 µm werden als Indiz für eine ausreichende Schmierwirkung angesehen, wobei in der Praxis jedoch Werte von weniger als 400 µm angestrebt werden. Die Dosierraten in Tabelle 6 beziehen sich auf die Menge an dosiertem Wirkstoff.
460 microns are considered indicative of a sufficient lubricating effect, but in practice, values of less than 400 microns are sought. The dosing rates in Table 6 are based on the amount of dosed active ingredient.
Claims (10)
- The use of an oily liquid, comprisingA) at least one ester of fatty acids whose carbon chain lengths are between 8 and 30 carbon atoms, and a monohydric C1-C5-alcohol, at least 50% of the fatty acid radicals containing at least one double bond, andB) from 0.005 to 20% by weight of at least one alkylphenol-aldehyde resin, obtainable by condensing(i) at least one alkylphenol having at least one C6-C24-alkyl or C6-C24-alkenyl radical and(ii) at least one aldehyde or ketone
to a degree of condensation of between 2 and 50 alkylphenol units, in fuel oils having a maximum sulfur content of 0.035% by weight, in an amount of from 0.02 to 10% by weight, based on the fuel oil, for improving the oxidation stability of the fuel oils. - The use as claimed in claim 1, wherein the iodine number of constituent A) is more than 50 g of I/100 g of ester.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 2, wherein the fatty acids which are a constituent of component A) contain from 10 to 26 carbon atoms.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 3, wherein the fatty acid esters A) contain at least 75% by weight of fatty acids having one or more double bonds.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 4, wherein the fatty acid mixtures contain one or more dicarboxylic acids.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 5, wherein the alcohols from which constituent A) is derived are methanol or ethanol.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 6, wherein constituent A) is derived from fatty acid mixtures which comprise up to 20% by weight of saturated fatty acids.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 7, which also comprises at least one nitrogen-containing paraffin dispersant.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 8, which also comprises at least one ethylene copolymer.
- The use as claimed in one or more of claims 1 to 9, which also comprises at least one comb polymer.
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